Вода, структура тетраэдрическая

Физики Бернал и Фаулер (Англия), тщательно проанализировавшие результаты рентгеноструктурного исследования воды, в 1933 г. установили, что ж жидкой воде остаются фрагменты структуры льда. Для большей части молекул в жидкой воде сохраняется тетраэдрическое окружение, которое они имели в структуре льда среднее координационное число молекул в воде близко к четырем, так, при 2, 30 и 83 С оно равно соответственно 4,4 4,6 и 4,9. Большая часть водородных связей, соединяющих молекулы Н1О в кристалле льда, сохраняется и в воде доля разорванных водородных связей при О, 25, 60 и 100 С составляет соответственно около 9, 11, 16 и 20%. [c.167]

Большему количеству экспериментальных данных соответствует одна из простейших моделей — льдоподобная модель О. Я. Самойлова. Согласно этой модели ближняя упорядоченность расположения молекул, свойственная воде, представляет собой нарушенный тепловым движением льдоподобный тетраэдрический каркас, пустоты которого частично заполнены молекулами воды. Эти молекулы энергетически неэквивалентны молекулам воды в его узлах. Для структуры воды характерно тетраэдрическое окружение ее молекул. Три соседа каждой молекулы воды в жидкой воде расположены в одном слое и находятся на большем от [c.136]

В жидкой воде молекулы ее связаны друг с другом водородными связями, возникающими между водородом одной молекулы воды и кислородом другой. При температурах, близких к 0°С, действие водородных связей приводит к значительной упорядоченности в расположении молекул воды. Уже в жидкости возникает подобие кристаллической структуры, в которой каждая молекула воды связана с четырьмя соседями. Эта структура (тетраэдрическая) получает полное развитие при затвердевании воды и характерна для льда [c.131]

Своеобразие структуры воды с тетраэдрической координацией соседних молекул обусловлено не только существованием в ней водородной связи, обладающей резко выраженной направленностью, но и электронным строением молекулы воды. [c.9]

Свободные электронные пары атома кислорода, а также водород ответственны за образование водородных связей между отдельными молекулами воды. Поэтому в кристаллах льда и наблюдается тетраэдрическая структура — атом кислорода находится в центре тетраэдра, в двух вершинах которого расположены два атома водорода, связанных с ним химической связью, а в остальных двух — водородные атомы других молекул воды,.связанные водородной связью (рис. V. 1). Водородные связи очень прочны, поэтому при таянии льда разрушается олько 15% водородных связей и даже при 40 °С сохраняется еще около половины их. Поэтому в жидкой фазе, при не очень высокой температуре вода в значительной степени сохраняет тетраэдрическую структуру, что является причиной аномально высокой теплоты и температуры кипения воды. Сохранение тетраэдрической структуры воды в жидкой фазе объясняет невозможность растворения в ней неполярных веществ, например, углеводородов. Так как между молекулами углеводородов и воды не возникает электростатического взаимодействия-и водородных связей, а слабые вандерваальсовы силы, действующие между частицами двух веществ, недостаточны для разрушения структуры воды в жидкой фазе, то процесс растворе- [c.102]

Это подтверждает гипотезу Оргела о том, что в гомогенных жидких растворах электролитов молекулы воды вокруг имеют октаэдрическое построение, вызванное избытком числа доступных молекул воды, тогда как в присутствии малого количества воды преобладают тетраэдрические структуры. [c.95]

В настоящее время общепризнано, что в водных растворах электролитов определяющую роль играет изменение структуры воды, вызванное ионами растворенного вещества [25]. Ближняя упорядоченность воды ( структура ) представляет собой тетраэдрический льдоподобный каркас, пустоты которого частично заполнены молекулами воды. Подробный обзор различных моделей структуры воды представлен в работах [c.291]

Важную роль водородные связи играют в структуре воды и льда. На рис. 1.70 показан фрагмент структуры льда. Каждый атом кислорода в этой структуре тетраэдрически связан с четырьмя другими атомами, между ними располагаются атомы водорода. [c.133]

Бернал и Фаулер в результате реитгеноструктурного исследования воды установили, что в ней остаются группировки молекул, сходные со структурой льда. Для большей части молекул в жидкой воде сохраняется тетраэдрическое окружение, которое они имели в структуре льда среднее координационное число молекул в жидкой воде близко к четырем. Наличие элементов кристаллической структуры у воды, а также большого дипольного момента у ее молекул обусловливает высокое значение диэлектрической проницаемости воды при 25° С она равна 79,5. Это означает, что взаимодействие между заряженными частицами в водной среде почти в 80 раз слабее, чем в вакууме. [c.81]

Предложено много различных моделей состояния воды, но во всех этих моделях признается образование льдоподобной ажурной тетраэдрической структуры — каркаса, в котором молекулы воды соединены друг с другом водородными связями. В такой струкхуре каждая молекула воды в среднем окружена четырьмя другими молекулами воды. Наличие тетраэдрической структуры воды было впервые предсказано в классической работе Бернала и Фаулера и подтверждено позже рентгенографическими исследованиями. Наряду с молекулами, входящими в каркас, существуют свободные молекулы воды, не связанные водородными мостиками. Эти молекулы частично заполняют области неплотной упаковки внутри структуры воды, перемещаясь в них. В результате теплового движения между молекулами каркаса и свободными молекулами происходит постоянный тепловой обмен. Понижение температуры приводит к уменьшению числа свободных молекул, т. е. к упрочнению, или иначе, к стабилизации структуры воды. Повышение температуры дает обратный эффект — уменьшается число молекул, входящих в каркас, и тетраэдрическая структура воды ослабляется. [c.406]

Важную роль водородные связи играют в структуре воды и льда. На рис. 1.65 показан фрагмент структуры льда. Каждый атом кислорода в этой структуре тетраэдрически связан с четырьмя другими атомами кислорода, между ними располагаются атомы водорода, два последних соединены с атомом кислорода полярной ковалентной связью и - 99 пм), два других - водородной связью ( /-176 пм), т. е. входят в состав двух других молекул Н О. Создается ажурная структура, далекая от плотной упаковки. Этим объясняется небольшая плотность льда. [c.142]

Важную роль водородные связи играют в структуре воды и льда. На рис. 115 показан фрагмент структуры льда. Каждый атом кислорода в этой структуре тетраэдрически связан с четырьмя другими атомами между ними располагаются атомы водорода два последних соединены с данным атомом кислорода полярной ковалентной связью d = 0,99 А), два других — водородной связью (d = 1,76A, о,, н 5 ккал/моль), [c.235]

Сходная модель воды была предложена Ц. Дэвисом и Т. Литовитцом. Согласно их модели, в воде присутствуют в основном две различные структуры тетраэдрическая и более плотная. Элементами каждой из структур являются шестиугольные кольца, построенные из молекул НаО, соединенных друг с другом водородными связями. В тетраэдрической структуре соседние кольца располагаются зеркально симметрично по отношению друг к другу, а в плотной структуре — параллельно друг к другу. При комнатной температуре число молекул в обеих структурах приблизительно одинаково. Плотная структура менее стабильна, в ней почти нет водородных связей между кольцами. [c.233]

Гидрат НВг-4Н20 имеет еще более сложную структуру, ему соответствует структурная формула (Н904) + (Н70з) + (Вг )2- Н2О. Свободная молекула воды имеет тетраэдрическое окру- [c.429]

По Берналу и Фаулеру, в воде могут существовать три типа взаимного расположения молекул ажурная структура льда типа тридимита (вода-1), тетраэдрическая типа кварца (вода-2), простая симметрическая упаковка (вода-3). С ростом температуры структурное равновесие вода-1 вода-2 вода-З смещается вправо. Девис и Литовиц предложили двухструктурную модель, которая содержит гексагональные кольца типа структуры льда I. В одном состоянии эти кольца имеют ажурную упаковку с длинными водородными связями между ними, в другом — они сжаты и образуют плотно--упакованную структуру, приближающуюся к объемноцентрированноя кубической решетке. [c.37]

Остер и Кирквуд [1557] таже приняли модель структуры жидкой воды с тетраэдрической координацией Н-связей. Кроме того, они предположили, что имеет место свободное вращение вокруг жестких линейных Н-связей и учли взаимодействие только с первым координационным слоем (на основании рентгенографических данных Моргена и Уоррена [1447] было принято, что число молекул в первом координационном слое колеблется от четырех до пяти). Иной путь использовал Попл [1659], постулировавший возможность как изгиба Н-связей, так и вращения вокруг них. Попл вычислил влияние первых трех координационных слоев. Теория Попла приводит к неверной величине диэлектрической постоянной, но лучше описывает ее температурную зависимость. В работах другой группы исследователей (Хаггис и др. [854]) был применен вероятностный метод для оценки числа молекул воды, не связанных с окружающими молекулами, а также числа молекул, имеющих одну, две и т. д. до четырех Н-связей. В остальных отношениях использованная ими модель совпадает с моделью Остера и Кирквуда. Позже Харрис и Олдер [877] применили модель Попла, но учли поляризацию, вызванную деформацией молекул под действием поля. Наконец, Харрис [875] ввел поправку на флуктуации дипольного момента в отдельных молекулах. [c.25]

Диффузионно-усредненная структура воды, / -структура (г зм > "пост). основана на предположении наличия большого числа локальных колебательно-усредненных К-структур (Ткол < Тцзм < Тпост), которые для воды представляют приблизительно тетраэдрические сетки водородных связей, топология которых не совпадает ни с одной из предложенных моделей. По данным эксперимента и теоретических расчетов можно сде- [c.18]

Представления об образовании водородных связей лежат в основе многочисленных структурных моделей жидкой воды [4, 5]. Согласно донорно-акцепторной теории водородной связи, каждая молекула воды способна образовывать четыре водородные связи две из них обеспечиваются неподе-леиными парами электронов атома кислорода и две — водородными атомами. Поскольку электронные орбитали в молекуле воды создают тетраэдрическую структуру, при образовании водородных связей возникает упорядоченное расположение молекул воды в виде тетраэдрически координированной льдоподобной решетки (рис. 2). [c.14]

Энергия центрально-симметричного и зеркально-сим-метричного расположения связей неодинакова. Бьеррум полагает, что во втором случае взаимодействие между парами молекул несколько более сильное, чем в первом. Бьеррум показал, что молекулы воды образуют тетраэдрическую структуру льда таким образом, чтобы доля зеркально-симметрично расположенных связей была максимально возможной. Разница в энергиях при двух указанных типах расположения связей приводит к тому, что при зеркальной симметрии длина связей укорачивается на 0,5% по сравнению со случаем центральной симметрии [13] Молекулы НаО в структуре льда, согласно данным работы 14], расположены довольно далеко, однако между ними су ществует водородная связь. При этом каждый ато м кислоро да связан с четырьмя атомами водорода с двумя из них расположенными на расстоянии 0,96—1,02 А, посредством ва лентных связей и с двумя другими, находящимися на рас стоянии 1,74— 1,80 А, посредством водородных связей. Уоллан Девидсон, Шалл считают, что между каждыми двумя атомами кислорода находится по одному протону, который связан валентной связью с одним из соседей и водородной связью с другим. Авторы нейтронографически показали [14], что протон не зафиксирован между двумя соседними атомами кислорода, а находится в среднем в течение одинакового времени в двух возможных положениях [c.34]

Хотя карты разностной электронной плотности для металлзамещенных производных КАС указывают, что замещенные катионы металлов присоединяются вблизи центра связывания 2п(П), с точки зрения структуры невозможно объяснить полную потерю ферментативной активности при замещении металла. Чтобы разрешить изменение структуры упорядоченных молекул растворителя координируемых аминокислотных остатков при замещении иона металла, необходимы трехмерные карты разностной электронной плотности металлзамещенных аналогов КАС относительно апофермента. Трудно ожидать, что структурные детали малых изменений конфигурации групп вблизи катиона металла или изменения упорядоченности молекул растворителя в области активного центра могут быть определены на основе разностных карт Фурье, расчи-танных только в проекции. Более того, отсутствие больших конформационных изменений в области активного центра не исключает возможности изменений геометрии координации при замещении иона металла за счет незначительных сдвигов координируемых остатков. Хотя центры связывания ионов Мп(П) практически совпадают с центром связывания Со(И), такой слабый сдвиг тем не менее сопровождается заметным уменьшением ферментативной активности. Малые изменения конфигурации координируемых остатков и геометрии координации следует ожидать на основе сравнения данных о структуре комплексов ионов металлов с данными табл. 4. Поскольку молекула воды, координированная тетраэдрическим 2п 11), образует часть сложной структуры упорядоченных молекул растворителя в области активного центра [37, 252], малые различия конфигурации координируемых остатков гистидина и незначительные сдвиги центров связьшания замещенных катионов металла могут оказывать сильное влияние на упорядоченную структуру растворителя. Эти искажения структуры растворителя, следовательно, приведут к изменению условий протекания реакций с участием воды в области активного центра. [c.103]

Важную роль водородные связи играют в структуре воды и льда. На рис. 99 показан фрагмент структуры льда. Каждый атом кислорода в этой структуре тетраэдрически связан с четырьмя другими атомами между ними располагаются атомы водорода два последних соединены с данным атомом кислорода полярной ковалентной связью (с =0,99 A), два других — водородной связью (d= 1,76А, о...н 5 к/сал/лоль),т. е. входят в состав двух других молекул НаО. Создается ажурная структура, далекая от плотной упаковки. Отсюда небольшая плотность и значительная рыхлость льда. При плавлении льда водородные связи частично разрушаются (примерно на 10%) это несколько сближает молекулы, поэтому вода немного плотнее льда. Нагревание воды, с одной стороны, приводит к ее расширению, т. е. к 240 [c.240]

Бернал и Фаулер (Англия), впервые проделавшие тщательное рентгеноструктурное исследование воды, установили в 1933г., что в воде остаются фрагменты структуры льда — кристаллические островки (см. стр. 277) для воды это явление выражено более резко, чем для большинства других жидкостей. Для большей части молекул в жидкой воде сохраняется тетраэдрическое окружение, которое они имели в структуре льда среднее координационное число молекул в жидкой воде близко к четырем — при [c.279]

Бернал и Фаулер [4], основываясь на результатах рентгенографических исследований, впервые предположили, что в жидкой воде при температурах, далеких от критической, молекулы тетраэдрически координированы, как и во льду. Согласно предложенной ими теории, распределение частиц в воде представляет собой результат равновесия трех структур 1) структуры типа тридимита, свойственной льду-1 2) несколько более плотной структуры типа кварца и 3) наиболее плотной пространственной упаковки молекул. Структура тридимита в определенной степени выражена при температурах, близких к точке плавления при комнатных температурах преобладает наиболее характерная для воды структура кварца доля плотно упакованных молекул растет с ростом температуры, причем при любой температуре вода гомогенна, а только среднее взаимное расположение молекул в большей или меньшей мере напоминает ту или другую структуру. [c.134]

Структура воды—квазикристаллическая тетраэдрическая по Дж. Берналу и Р. Фаулеру [66] или состоящая из циклоцепочечпых ассоциатов — по А. Эйкену [67] изменяется как под воздействием температуры, так и под действием растворенного в ней электролита. С повыще-нием давления и температуры плотность пара непрерыв- [c.33]

Реальная структура слоев воды в глинистых минералах не настолько известна, чтобы воспользоваться методами, изложенными в гл. II для расчета ЛМП при диффузии. Поэтому в качестве модели для расчетов примем, что слои воды в вермикулите и монтмориллоните как бы вырезаны из структуры льда, в котором молекулы воды характеризуются тетраэдрической координацией другими молекулами воды. Соответствующие позиции называем Г-позициями. Естественно, что на границах водного пакета с пакетами слюды молекула воды будет координирована лишь тремя другими молекулами Н2О и одним атомом кислорода силикатных слоев либо гидроксилом, принадлежащим силикатным слоям. Соответствующие поверхностные позиции обозначим 5 и 5+. Из-за присутствия в водных слоях обменных катионов, компенсирующих избыточный отрицательный заряд силикатных слоев, 1гекоторая часть молекул должна занимать позиции С в координированной сфере катионов. Наконец, в льдоподобных каркасах молекулы во- [c.88]